Identication des particules electromagnetiques dans le

III.5 La reconstruction des evenements

III.5.2 Identication des particules electromagnetiques dans le

Le calorimetre en BGO a deux atouts principaux: d'une part, il permet de distinguer precisement les particules electromagnetiques isolees des particules hadroniques et d'autre part il mesure precisement l'energie des particules electromagnetiques sur une grande gamme d'energie.

La mesure de l'energie

Lorsqu'une particule penetre dans le calorimetre en BGO, elle depose de l'energie dans plusieurs cristaux voisins formant un amas localise en eet les dimensions du cristal sont de l'ordre de grandeur du rayon de moliereRM qui caracterise l'etalement transverse des gerbes electromagnetiques. On s'attend a ce qu'un seul cristal ne contienne qu'une partie de l'energie de la particule. Le centre des amas localises est deni par le cristal avec le plus d'energie. On denit ensuite 3 variables utiles pour la reconstruction de l'energie et l'identication des particules:

E1 est l'energie contenue dans le cristal central (le plus energetique) de l'amas

E9 est la somme des energies des cristaux contenus dans une matrice 33 centree sur le cristal avec le plus d'energie

E25 est deni comme E9, mais dans une matrice 55 de cristaux.

Pour une gerbe electromagnetique, la majeure partie de l'energie totale E est contenue dans le cristal central de l'amas. En moyenne, les energies deposees dans les dierentes matrices de cristaux pour les particules electromagnetiques sont:

E1=E = 0:75 E9=E= 0:93 E25=E = 0:96

Les rapports et les energies donnees ici sont exacts seulement si la particule incidente frappe le milieu d'un cristal. Pour des particules non centrees sur un cristal, on doit apporter une correction a l'energie reconstruite. A priori E1=E9 est un bon estimateur de l'endroit de l'impact (si une particule entre pres du bord du cristal central, le premier voisin doit

recuperer une bonne partie de l'energie de la gerbe et E1=E9 devient plus faible). Avec ce rapport, on denit une energie corrigee:

9 = E9

0:1231E1

E9 + 0:8222 ^(III.2) Les facteurs de correction ont ete determines avec des electrons de 10 GeV en utilisant les donnees d'un faisceau test 15].Ec

9 constitue notre meilleure estimation de l'energie pour les particules electromagnetiques au-dessus de 3 GeV. En dessous de 3 GeV, on utilise Ec

qui est construit sur le m^eme modele queEc

9. Plus de details sur la mesure de l'energie sont donnes dans la reference 16].

Lorsqu'une particule touche le bord du tonneau ou des bouchons, on ne peut pas re-construire les variables E9 et E25 l'energie prise en compte est simplement l'energie brute mesuree sans appliquer de facteurs de correction.

Determination de la position

La position de l'amas doit correspondre a la position de la particule a son entree dans le calorimetre. La determination la plus precise de la position est obtenue par un calcul de centre de gravite en ponderant la position des cristaux touches dans une matrice 33 par l'energie de chaque cristal. Les coordonnees de la position de l'amas sont donnees par (Xcdg,Ycdg): Xcdg = P 9 i=1EiXi P 9 i=1Ei Ycdg = P 9 i=1EiYi P 9 i=1Ei (III.3) ou (Xi,Yi) sont les coordonnees du cristal i etEi l'energie deposee dans ce cristal.

Identication des particules electromagnetiques

Apres avoir determine la position et l'energie des amas dans le BGO, il est important de dierencier les amas electromagnetiques des amas hadroniques. Comme on peut le voir sur le schema de la gure III.9 a), l'etalement transversal de la gerbe est beaucoup plus important pour les particules hadroniques que pour les particules electromagnetiques. En grande majorite un amas electromagnetique a beaucoup d'energie localisee dans un seul cristal. Cette propriete est exploitee pour distinguer les electrons et les photons des hadrons: on denit un premier critere d'electromagneticiteBGO a l'aide des sommes Ec

9 etEc

25 (Ec

est deni sur le m^eme modele que Ec

9): Ec 25 = E25 0:1241E1 E25 + 0:8713 BGO= Ec 9 Ec 25 (III.4) La distribution deBGO est centree sur 1 pour des electrons et des photons. Sur la gure III.9 b), on voit la distribution de BGO pour les electrons de basse energie (inferieur a 5

θ φ

hadron Forme des amas dans le BGO

γ

0 1000 2000 0.9 1 1.1 ρ_BGO Nb d’entree a) b)

Figure III.9: La gure a) montre la forme de l'amas d'energie dans une matrice 55 de cristaux de BGO pour une particule electromagnetique en haut et pour une particule ha-dronique en bas. La gure b) montre la distribution de BGO pour des electrons de faible energie (E 5 GeV).

GeV en majorite) du processus e+e;

!(e+e;)e+e;. Les coupures utilisees pour la selection des electrons sont indiquees par des )eches. Il faut noter que la largeur de cette distribution diminue lorsque l'energie des electrons augmente, le cas montre sur la gure est donc le moins favorable.

Il existe un critere d'electromagneticite base sur un calcul de 2, plus evolue que BGO. Ce critere est deni ci-dessous:

2 BGO = 9 X i=1 (Fi;F_iEM EM_i )2 (III.5) ouFi est la fraction d'energie deposee dans le cristalid'une matrice 33 constituant un amas (deni precedemment) alors queF_iEM et_iEM sont respectivement la fraction moyenne par cristal et la largeur de cette fraction pour les cristaux constituants d'un amas typiquement electromagnetique. Les valeurs de ces parametres ont ete determinees en faisceau test 15]. La distribution du2

BGO est montree sur la gure III.10 pour la region du tonneau a gauche et pour la region des bouchons a droite. On a obtenu ces distributions pour les electrons de faible energie du processus e+e;

! (e+e;)e+e;. La distribution est plus large pour les bouchons que pour le tonneau, en eet, dans les bouchons les cristaux ne sont plus organises en structure matricielle carree de plus la taille des cristaux varie, ce qui degrade la resolution sur le2

BGO. Les )eches sur les gures a) et b) indiquent les coupures utilisees pour la selection des electrons.

0 2000 4000 0 10 20 χ2 (Tonneau) Nb d’entrees a) 0 500 1000 0 20 χ² (Bouchons) b)

Figure III.10: Distributions du2

BGO pour des electrons de faible energie (E 5 GeV) pour le tonneau, g. a), et pour les bouchons g. b). Pour des electrons de plus grande energie, le

BGO diminue en moyenne.

Distinction electron / photon

Pour distinguer les electrons des photons, on utilise l'information de la TEC. Un electron est deni comme l'association d'un amas, qui a passe les criteres d'electromagneticite sur

BGO et 2

BGO, associe a une trace selectionnee comme bonne trace d'apres les criteres precedents. La TEC donne la direction de la trace, c'est-a-dire l'angle radial et l'angle azimutal #, a partir du point de la trace ou on mesure le DCA (cf. g. III.11).

Comme le champ magnetique courbe la trajectoire de la particule dans le plan transverse, la trace doit ^etre extrapolee jusqu'a son entree dans le BGO on redenit alors un angle #e extrapole, indique sur la gure III.11 qui est comparable au #BGO mesure avec le BGO. An de tester l'extrapolation de la trace, on a selectionne des evenements "Bhabha" et des evenementse+e;

!(e+e;)e+e;dans les donnees prises pour la calibration a 91 GeV. Parmi ces evenements, on a cherche tous les amas electromagnetiques du BGO et on leur a associe une trace, lorsqu'il en existait une. Les distributions III.12 a) et b) montrent la dierence *# = #BGO;#e pour les electrons des evenements "Bhabha" de 45.5 GeV et les electrons issus des interactions dont le spectre d'energie est de l'ordre de quelques GeV. Dans le cas a), l'impulsion de l'electron est grande, #e '#tr, la resolution en *# vaut 0:15o. Cette resolution est la combinaison de la resolution en position de la TEC et du BGO. Dans le cas b), les electrons utilises sont de plus faible energie (de 1 a 3 GeV en majorite), la mesure de la position dans le BGO est moins precise et le #tr doit ^etre corrige d'environ 2o a cause de la deviation du champ magnetique. La resolution sur *# se degrade mais reste tout a fait convenable (= 0:36o).

Pour qu'un amas electromagnetique soit selectionne comme un electron, on impose une coupure sur le *#:

Figure III.11: Trace TEC extrapolee dans le plan transverse. #tr est la direction de la trace au niveau du DCA et #e est la valeur extrapolee de cet angle depuis le point d'interaction jusqu'a l'entree de la trace dans le BGO. I est le point d'impact dans le BGO.

0 250 500 750 -2 -1 0 1 2 ∆Φ (Deg) Nb d’entrees a) σ = 0.15 deg 0 100 200 300 -2 -1 0 1 2 ∆Φ (Deg) σ = 0.36 deg b)

Figure III.12: *# = #BGO;#e pour des electrons de 45.5 GeV, g. a), et des electrons de quelques GeV, g. b).

j*#j<1:0o

Comme la TEC mesure moins precisement la coordonneeZ, la resolution sur l'angle po-laire de la trace,tr, est moins precise. Cette information n'est pas utilisee pour l'association de la trace et de l'amas dans le BGO, nous l'utiliserons cependant pour rechercher les electrons dans le EGAP.

Les coupures utilisees pour selectionner des electrons dans le BGO sont resumees ci-dessous: Eamas 1 GeV 0:95< BGO <1:05 2 bouchon20 2 tonneau 10 E7 HCAL Eamas 0:1 j*#j<1:0o

Eamas est l'energie de l'amas selectionne dans le BGO.E7

HCAL est l'energie deposee dans le calorimetre hadronique dans un c^one de 7o autour de l'amas dans le BGO. La coupure sur la variableE7

HCAL=Eamasest un critere d'isolation qui assure que l'electron n'est pas issu d'un jet ou proche d'un jet. Dans la suite, nous donnerons des criteres d'isolation supplementaires pour les leptons.

Dans le document Recherche de charginos et de neutralinos avec le détecteur L3 au LEP (Page 95-100)

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